超支化含磷聚硅氧烷功能化高岭土纳米管复合材料同时提高环氧树脂的阻燃性和韧性

环氧树脂(EP)由于其优异的综合性能，在高分子复合材料、涂料、粘合剂、电子电路板和半导体封装等领域得到了广泛的应用。然而，其固有的可燃性，特别是燃烧过程中释放的有毒烟雾，极大地限制了其应用。各种阻燃剂(FRs)被开发出来以提高耐火性能。虽然卤系阻燃剂具有显著的阻燃效果，但由于环境污染，卤系阻燃剂已逐渐退出市场。另一方面，无卤阻燃剂，尤其是磷系阻燃剂，因其结构多样、安全性好、阻燃性好等优点，越来越受到人们的重视。其中，9,10-二氢-9-氧-10-磷菲烯-10-氧化物(DOPO)及其衍生物由于释放自由基清除物质和改善残基形成而表现出优异的阻燃性。然而，DOPO衍生物的掺入通常会导致韧性和玻璃化转变温度(Tg)的恶化。同时提高环氧树脂的阻燃性和力学性能仍然是一个很大的挑战。

高岭土纳米管(HNT, Al2Si2O5 (OH)4-nH2O)是一种具有空心管状结构的天然铝硅酸盐粘土。由于其高纵横比、大表面积、可调节表面化学性质、高孔隙率等独特特性，已被用作纳米填料、催化剂和阻燃剂。HNT不仅能有效稀释可燃气体，还能通过脱水和管状捕集机制形成物理屏障，减少质量和能量的传递。然而，HNTs的内在阻燃效果是有限的，仅凭HNTs的作用不足以保护基体。此外由于强大的范德华力，它们倾向于在聚合物基体中聚集。目前，表面功能化是提高其分散性最有效的方法之一。

中南民族大学张道洪团队合成了超支化的含磷聚硅氧烷功能化高岭土纳米管(HBPPSi-HNTs)，以制备阻燃、机械强韧的环氧复合材料。与纯环氧树脂相比，添加5.0phr HBPPSi-HNTs的复合材料的拉伸强度和冲击强度分别提高了23.7%和48.8%。由于HBPPSi-HNTs的瞬时气相和凝聚相阻燃性能，环氧复合材料也表现出优异的阻燃性能。含10.0phr HBPPSi-HNTs的复合材料通过UL-94V-0额定值，LOI值高达42.6%。与纯环氧树脂相比，热释放率(PHRR)峰值、总放热量(THR)峰值、总产烟量(TSP)峰值和每秒CO生成(COY)峰值分别降低了50.1%、32.6%、30.1%和39.5%。本文提出了一种在不牺牲玻璃化转变温度的情况下，同时提高阻燃性和机械性能的环氧复合材料的制备方法。

图. HBPPSi-HNTs的合成路线

文献来源：Liuyue Zhong, Tingcheng Li*, Junheng Zhang*, Junsheng Wang, Daohong Zhang. European Polymer Journal 2022, 179, 111564.